Часть 4. Обеспечение надежности на этапе эксплуатации

МАИ

 

А.А. Золотов

 

Надежность и отработка ЛА (КА).

 

(конспект лекций, специальность: 1306, 1307)

 

 

Утверждено на заседании каф.601

 

 

-------------------------------------------------------

 

 

 

Содержание

 

Введение

 

Часть 1 Обеспечение надежности на этапе проектной разработки.. 1.1 Основные понятия и термины. 5

 

1.2. Теории надежности. 7

1.2.1. Формальная теория надежности. 7

1.2.2. Общая теория надежности. 9

1.2.3. Расчет надежности элемента. 11

1.3. Методы расчета надежности на этапе проектирования 14

1.3.1. Общие сведения. 14

1.3.2. Расчет надежности системы с последовательным соединением элементов. 15

1.3.3. Расчет надежности систем с параллельным соединением элементов. 18

1.3.4. Расчет надежности систем с произвольной структурой. 19

1.3.5. Понятие о коэффициенте готовности.

1.3.6. «Холодное» резервирование. 22 1.3.7. Анализ восстанавливаемых систем 1.3.8. Оценка средней наработки до отказа.

1.3.9. Общее резервирование. 30

1.3.10. Структурные схемы надежности (ССН) 1.3.11. Применение метода статистического моделирования для расчета надежности технических систем. 32

1.4. Методы нормирования надежности. 35

1.4.1. Равномерное распределение надежности по элементам. 35

1.4.2. Распределение надежности из условия сохранения относительной уязвимости элементов. 1.4.3. Нормирование надежности при структурном резервировании элементов систем.

1.5 Методы расчета показателя эффективности функционирования КА.

1.5.1 Анализ эффективности функционирования КА.

1.5.2 Нормирование надежности бортовых систем КА по критерию эффективности выполнения целевой программы

1.5.3 Нормирование надежности бортовых систем спутника связи.

 

Часть 2 Обеспечение надежности на этапе экспериментальной отработки..

2.1. Содержание работ по обеспечению гарантии безотказности РКТ. 44

2.2. Модель подтверждения надежности по результатам испытаний типа «успех-отказ». 48

2.3. Методы подтверждения требований к надежности РКТ при ограниченных объемах испытаний. 49

2.3.1. Подтверждение надежности систем при нормальном законе распределения параметров работоспособности. 49

2.3.2. Прогнозирование параметров ЭО. 55

2.3.3. Подтверждение надежности систем при экспоненциальном законе наработки на отказ. 56

2.3.4. Прогнозирование параметров ЭО при экспоненциальном законе наработки на отказ. 2.35 2.4 Оптимизация уровней параметрической избыточности и объемов испытаний элементов систем.. 59

Оптимизация надежности и объемов испытаний элементов систем при нормальном законе распределения параметров работоспособности.

Оптимизация надежности и объемов испытаний элементов систем при экспоненциальном законе наработки на отказ.

 

2.5 Методы обоснования программ экспериментальной отработки ЛА. 2.5.1.Общая схема экспериментальной отработки ЛА.

2.5.2. Вероятностно – стоимостные модели функционирования ЛА.

2.5.3. Планирование экспериментальной отработки ЛА.

2.5.4. Согласование результатов испытаний на различных этапах ЭО.

 

 

Часть 3. Обеспечение надежности на этапе производства

3.1 Общая схема оценки и контроля надежности изделий.

3.2 Показатели устойчивости технологического процесса

3.3 Статистический приемочный контроль качества продукции

3.4 Основные понятия и определения теории испытаний статистических гипотез

3.5 Метод Неймана—Пирсона

3.5.1. Общий подход

3.5.2. Алгоритм проведения анализа

3.6 Последовательный анализ

3.6.1 Постановка задачи.

3.6.2. Алгоритм проведения анализа

3.6.3. Оценка объема испытаний

3.7 Контроль по альтернативному признаку

3.7.1. Одноступенчатый контроль

3.7.2. Последовательный контроль.

3.8 Контроль по количественному признаку

 

 

Часть 4. Обеспечение надежности на этапе эксплуатации.

4.1 Задачи обеспечения надежности на этапе эксплуатации.

4.2 Показатели работоспособности восстанавливаемых систем.

4.3 Основные характеристики ремонтопригодности систем

4.4 Анализ стратегий ТО бортовых систем ЛА.

4.4.1 Стратегия аварийных замен.

4.4.2 Стратегия технического обслуживания по гарантированному

ресурсу.

4.4.3 Техническое обслуживание систем по состоянию с непрерывным контролем

4.4.4 Техническое обслуживание систем по состоянию с периодическим контролем.

4.4.5 Строго-периодическое восстановление.

4.4.6 Стратегия замен через плановые промежутки времени.

4.4.7 Техническое обслуживание резервированных систем.

4.4.8 Оптимизация периодичности технического обслуживания при восстановлении блоками.

4.4.9 Стратегия минимального аварийного восстановления.

 

Литература.

 

 

Введение

 

Современный этап освоения космического пространства характеризуется ростом масштабности научных и народно-хозяйственных задач, решаемых с помощью различных космических аппаратов.

Реализация перспективных космических программ требует дальнейшего совершенствования методических и организационно-технических основ обеспечения эффективности и надежности ракетно-космических систем(РКС).Решение задачи обеспечения высоких уровней надежности РКС связано с большими затратами материальных средств на их экспериментальную отработку(ЭО) и эксплуатацию. Снижение затрат на ЭО достигается путем повышения информативности испытаний, использования ускоренных испытаний, обеспечения высоких уровней имитации при проведении испытаний, а также введением различных видов избыточности.

Очевидно высокие уровни надежности на начальном этапе эксплуатации еще не гарантируют безотказности функционирования объектов РКС, так как при их эксплуатации происходит снижение работоспособности, связанное с процессами износа, коррозии, усталости и др. Это обуславливает необходимость технического обслуживания (ТО) объектов РКС с целью предупреждения неисправностей и устранения возникающих отказов. При решении этой задачи определяющее значение приобретают вопросы прогнозирования технического состояния НКС. Их решение позволяет обосновывать оптимальные стратегии технического обслуживания, обеспечивающие удовлетворение заданных требований к надежности объектов РКС в течении всего периода их эксплуатации при минимальных затратах средств.

В дальнейшем, в предлагаемой работе, излагаются методы решения рассмотренных выше проблем.

 

 

Часть I.

Основные понятия и термины.

Надежностью объекта называется свойство объекта выполнять заданные функции, сохранять во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных приделах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость в отдельности или определенное сочетание этих свойств, как для объекта, так и для его частей.

БЕЗОТКАЗНОСТЬ – свойство объекта сохранять работоспособность непрерывно в течение некоторого времени или некоторой наработки. Свойство безотказности проявляется в зависимости от назначения объекта, как в режиме его работы, так и в режиме ожидания работы.

ДОЛГОВЕЧНОСТЬ – свойство объекта сохранять работоспособность до перехода в предельное состояние с возможными перерывами для технического обслуживания и ремонтов.

В отличие от свойства безотказности долговечность характеризует продолжительность работы объекта по суммарной наработке, перерываемой периодами для восстановления его работоспособности в плановых и неплановых ремонтах и техническом обслуживании.

РЕМОТОПРИГОДНОСТЬ – свойство объекта, заключающегося в его приспособленности к предупреждению и обнаружению отказов и повреждений, к восстановлению работоспособности и исправности путем проведения технического обслуживания и ремонта.

Свойство ремонтопригодности количественно характеризует компоновочные решение МС (машин, агрегатов, сборочных единиц и деталей), а также их доступность и легкосъемность.

СОХРАНЯЕМОСТЬ – свойство объекта непрерывно сохранять исправное и (или) Работоспособное состояние после режима ожидания, хранения и (или) транспортирования.

Свойство сохраняемости характеризует способность объекта противостоять отрицательному влиянию факторов длительного его хранения или транспортирования и обеспечивать его применение после режима ожидания с заданными показателями функционирования с сохранением показателей безотказности и долговечности как объекта в целом, так и его элементов.

Проведенный анализ показывает, что конкретный уровень носителей должен назначаться с учетом особенностей его целевого назначения, а так же возможных последствий отказа ЛА.

Для большинства существующих носителей уровни надежности не достигают значения 0.99.

Для иллюстрации в табл. 1.1 представлены статистические данные по результатам пуска зарубежных ракет-носителей.

Таблица 1.1.

ЛА	Число успешных пусков	Общее число пусков	НЛА
Титан 3С/34			0,83
Атлас Центавр			0,85
Дельта			0,93
Скаут			0,87
Ариан			0,79
Сатурн – 1
Сатурн – 1, В
Сатурн – V			0,92
Тор-Анджена			0,92
Тор-Дельта			0,95
Титан-Центавр			0,88
Атлас-Анджена			0,75

 

 

Уровни надежности, приведенные в последнем столбце таблицы, характеризуют точечную оценку надежности, рассчитанную по соотношению

где k - общее число испытаний; d - число безотказных испытаний.

При ограниченных объемах испытаний эта оценка не дает гарантированный результат. В частности при проведении безотказных испытаний (k = d) точечная оценка будет равна 1 для всех К, в том числе и для К = 1. Очевидно, доверие к этой оценке мало. Поэтому для получения гарантированного результата необходимо переходить к интервальным оценкам.

Границы доверительного интервала для некоторых ракет-носителей представлены на рисунке 1.1

 

Методы расчета границ доверительного интервала будут рассмотрены во втором разделе пособия.

Теории надежности.